JP2015223618A - 構造体の製造方法、およびその固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造体の構成部品を加熱によって接合する際に、構成部品を容易にかつ強固に固定する。
【解決手段】構造体の製造方法は、構造体の第１の構成部品８ａと第２の構成部品８ｂを定盤１０の上に置く工程と、定盤１０の上に置かれた第１の構成部品８ａと第２の構成部品８ｂを定盤１０に固定する工程と、定盤１０に固定された第１の構成部品８ａと第２の構成部品８ｂとを加熱によって接合する工程とを有する。第１の構成部品８ａと第２の構成部品８ｂはそれぞれ貫通孔１１ａ，１１ｂを有するとともに、定盤１０にはボルト１４が係合する複数の受け部がそれぞれの貫通孔１１ａ，１１ｂに対応して形成されている。固定する工程においては、ボルト１４をそれぞれの貫通孔１１ａ，１１ｂに通して定盤１０のネジ受け部に係合させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、構造体の構成部品を加熱によって接合する製造する方法、およびその際に構成部品を固定する固定装置に関する。

複数の構成部品を組み合わせて一つの構造体を製造する場合、それぞれの構成部品をあらかじめ定盤に固定し、構成部品同士を溶接等により接合することがある。特許文献１にはトグルクランプを用いて、構成部品を定盤に固定する方法が開示されている。トグルクランプはリンク機構を有し、操作レバーを回動させることによって、リンク機構に連結された押圧部材が上下する。これによって、構成部品を押圧部材と定盤との間で挟み定盤に固定することができる。リンク機構は２つのリンク部材を有し、２つのリンク部材は一方の軸支部（連結部）で相互に連結されている。押圧部材が下がる方向に操作レバーを回動させると、連結部が２つのリンク部材の他方の軸支部同士を結ぶ線をわずかに超え、それによって押圧部材が構成部品の反力で持ち上げられることが防止される。リンク部材の上記他方の軸支部の位置は回動つまみによって調整することができる。これによってトグルクランプの押圧力を調整することができる。

特開平１０−２４９７４１号公報

特許文献１に記載のトグルクランプはリンク機構の構成によって押圧状態を維持している。このため、構成部品を溶接や半田など加熱を伴う方法によって接合する場合、構成部品の熱変形によってリンク部材の連結部が移動し、クランプの押圧力が失われる可能性がある。構成部材を強固に固定することができないと構成部品の熱変形を抑制することが困難となり、組み立てられた構造体に大きな変形または歪が残る可能性がある。また、トグルクランプを定盤に設置する操作の他、押圧力の調整のために複雑な操作が必要であり、構成部材を定盤に固定するために多くの工数を必要とする。

本発明は、構成部品を加熱によって接合する際に用いられ、構成部品を容易にかつ強固に固定して精度の高い構造体を製造することが可能な構造体の製造方法及びその固定装置を提供することを目的とする。

本発明の構造体の製造方法は、構造体の第１の構成部品と第２の構成部品を定盤の上に置く工程と、前記定盤の上に置かれた前記第１の構成部品と前記第２の構成部品を前記定盤に固定する工程と、前記定盤に固定された前記第１の構成部品と前記第２の構成部品とを加熱によって接合する工程とを有している。前記第１の構成部品と第２の構成部品はそれぞれ貫通孔を有するとともに、前記定盤にはボルトが係合する複数の受け部がそれぞれの前記貫通孔に対応して形成されている。前記固定する工程においては、前記ボルトをそれぞれの前記貫通孔に通して前記定盤の前記ネジ受け部に係合させることを特徴とする。

本発明によれば、接合する第１の構成部品と第２の構成部品はボルトによって定盤に強固に固定されるため、構成部品が加熱によって変形しても相対的な位置ずれが起きにくい。また、ボルトを第１及び第２の構成部品の貫通孔に通し受け部に係合させるだけの簡単な手順で第１及び第２の構成部品を定盤に固定することができる。

本発明の固定装置が適用される構造体の斜視図である。 図１に示す構造体の底板の斜視図である。 定盤に載置された底板を示す斜視図である。 図３の部分拡大図である。 定盤に載置された底板を示す上面図である。 定盤の上面図である。 図６のＡ−Ａ線から見た底板と定盤の断面図である。 比較例の固定装置を示す斜視図である。 図８の部分拡大図である。

図１は本発明の固定装置が適用される構造体の斜視図を、図２は構造体の底板の斜視図を示している。構造体１はプリント装置のフレームである。構造体１は底板２と、底板２の上に取り付けられた上部構造４と、を有している。底板２は移動用のキャスター５（図３参照）と固定用のアジャスター６とを備えており、キャスター５の転動によって運搬された構造体１はアジャスター６によって床に固定される。上部構造４にはプリントユニット（図示せず）が搭載される。底板２と上部構造４は様々な構成部品８からなり、構成部品８同士が溶接、ビス、リベット等の接合手段によって接合されている。特に底板２の構成部品８は構造体１の上部構造４や搭載ユニットの重量を支持するため、主として強度の高い溶接によって接合されている。

底板２は外周部を構成する４つの外側ビーム２ａと、外周部の内側を斜めに延びて中央部で交差する２つのクロスビーム２ｂと、外側ビーム２ａとクロスビーム２ｂまたは外側ビーム２ａ同士をつなぐ多数のサブビーム２ｃと、を有している。各ビームの形状は限定されず、Ｈ型断面、Ｉ型断面などの様々な形状のビームを用いることができる。外側ビーム２ａとサブビーム２ｃの間にはさらにキャスター５の支持板２ｄが設けられている。各ビーム２ａ〜２ｃと各支持板２ｄはそれぞれが底板２の構成部品８を構成する。本明細書では便宜上外側ビーム２ａを第１の構成部品８ａ、クロスビーム２ｂを第２の構成部品８ｂと呼ぶが、第１の構成部品８ａ、第２の構成部品８ｂ等はこれらに限定されない。これらの構成部品８は定盤９の上に載置され位置決めされた後、ボルト締めして固定され、その後溶接される。

図３，図４は定盤に載置された底板を示す斜視図とその部分拡大図を、図５は定盤に載置された底板の上面図を、図６は定盤の上面図を、図７は図５のＡ−Ａ線から見た側面図を示している。固定装置９は、構造体１の様々な構成部品８を溶接、半田などの加熱を伴う工程によって相互に接合する際に、構成部品８を固定するために用いられる。
固定装置９は、第１の構成部品８ａ、第２の構成部品８ｂを含む複数の構成部品が載置される定盤１０を有する。複数の構成部品は定盤１０の載置面の上に、複数のボルト１４によって固定される。第１の構成部品８ａには貫通孔１１ａが、第２の構成部品８ｂには貫通孔１１ｂが設けられており、同様に他の複数の構成部品はいずれも貫通孔１１が設けられている。すべてのボルト１４は雄ネジを切った金属の丸棒に頭をつけたボルトネジである。ボルト１４はこれら貫通孔１１を通してボルト先端のネジ部が定盤１０にネジ結合される。

定盤１０は、第１の構成部品８ａ、第２の構成部品８ｂ等が置かれる載置面１０ａに、ボルト１４の先端のネジ部を受け入れる多数のネジ穴２１（貫通孔１１ａ，１１ｂにそれぞれ対応するネジ穴２１ａ，２１ｂを含む）が設けられている。また、定盤１０の裏面には高さを調整可能なアジャスター７を備えている。アジャスター７は定盤１０の外周に沿って複数設けられ、定盤１０の高さと水平度を調整することができる。

貫通孔１１の形状は限定されないが円形が望ましい。外側ビーム２ａ、クロスビーム２ｂ、サブビーム２ｃ、支持板２ｄからなる様々な構成部品８は組み立てられたときと同じ位置関係で定盤１０の載置面上に載置される。構成部品８はそれぞれが貫通孔１１を備え、定盤１０の載置面１０ａにはこれと対応する位置、すなわち載置面１０ａと直交する方向から見たときに貫通孔１１とほぼ一致する位置にネジ穴２１が開口している。ネジ穴２１は定盤１０を貫通していても、定盤１０の厚さ方向の途中で終端していてもよい。

定盤１０は、第１の構成部品８ａ、第２の構成部品８ｂ等に側面から接触して載置面１０ａ上で位置決めする位置決め部材１３を有している。位置決め部材１３は定盤１０の載置面１０ａから鉛直方向上方に延びる固定された複数の位置決めピンである。位置決め部材１３はピン以外にブロック、ビームなど、構造部品に側面から接触して位置決めができる突起状の部材であればよい。

底板２は以下のように製造することができる。まず、構成部品８を組み立てられたときと同じ位置関係で定盤１０に載置する。各構成部品８（の少なくとも一部）は位置決め部材１３の側面部に接触し押当てられて位置決めされる。位置決め部材１３は外側ビーム２ａの外側側方の他、主要な構成部品８の側方にも設けられている。次に、ボルト１４をワッシャー１５に挿入し、構成部品８の貫通孔１１のそれぞれに上方から挿入する。次にドライバでボルト１４を回転させ、定盤１０のネジ穴２１に係合させ、所定のトルクでネジ穴２１に締めこむ。これによって構成部品８は定盤１０に直接ボルト締めされる。各構成部品８は位置決め部材１３で位置決めされるため、ボルト１４を対応するネジ穴２１に締めこんだ際にボルト１４の中心が貫通孔１１の中心からずれる可能性がある。従って、貫通孔１１は、ずれを吸収できるように大きめの直径としておくことが望ましい。以上の作業をすべての貫通孔１１とネジ穴２１に対して行い、全ての構成部品８がボルト１４で定盤１０に固定される。その後、構成部品８を溶接で接合する。接合方法は溶接に限定されず、半田等の加熱を要する他の接合方法を用いることができる。底板２の構成部品の溶接作業が済んだら、すべてのボルト１４を緩め、ワッシャー１５とともに定盤１０及び構成部品８から取り外す。そして溶接により組み立てられた底板２を、完成品として定盤１０から外す。

定盤１０のネジ穴２１あるいはボルト１４はできる限り底板２に均等に配置することが望ましい。それによって各ボルト１４の締め付け力が平均化され、構成部品８の溶接後の残留変形を抑えることができる。複数のネジ穴２１のうち隣接するネジ穴２１の間隔Ｄはその最小値に対する最大値の比が２以下であることが望ましく、比１．５以下であるとより好ましい。また、ネジ穴２１は４００ｍｍ以下の間隔Ｄで設けられることが望ましい。それによってネジ穴間あるいはボルト間での構成部品８の変形を抑えることができる。間隔Ｄは各ネジ穴について最も近接するネジ穴との中心点間の距離として定義される。

構成部品８は、定盤１０のネジ穴２１により位置決めされるのではなく、位置決め部材１３で位置決めされる。位置決め部材１３を用いることにより各構成部品８の位置関係をボルト締めの前に調整することができ、位置決め精度が向上する。位置決め部材１３を設けずにボルト１４で構成部品８の位置決めを行うと、ボルト締めの際に構成部品８が動いてしまい、位置決めのやり直しなどの追加の作業が発生する可能性がある。本実施形態では構成部品８が位置決め部材１３で仮固定されるため、ボルト締めの作業が容易となる。

以上のように、ボルト１４が定盤１０のネジ穴２１に係合することにより、構成部品８が定盤１０に固定される。別例として、定盤１０にボルト１４が貫通するネジ山の切られていない貫通孔を設け、定盤１０の裏面からボルト１４をナットで締め付けるようにしてもよい。すなわち、固定装置９を構成する定盤１０は、ボルト１４の先端のネジ部が挿入され係合するネジ受け部（ネジ切りされたもしくはネジ切りされていない穴）が形成されたものであればよい。そして、第１及び第２の構成部品等は複数のボルト１４によって定盤１０のネジ受け部（受け部）に固定される。こうして定盤１０の上に溶接を行う複数の構成部品が、高い精度で固定される。

（比較例）
ここで、上述の実施形態の優位性を示すための比較例を説明する。図８は定盤１０に固定された構成部品８を、図９はその部分詳細図を示している。固定装置１０９は定盤１０と、ステップクランプ２１と、ステップブロック２２と、スタッドボルト２３と、を有している。定盤１１０はネジ穴が設けられていない点を除き、上述の実施形態の定盤１０と同じである。底板２の構成部品８は位置決め部材１３の側面部に押当てられて位置決めされる。定盤１１０には階段状（ギザギザ形状）の係合部２２ａが形成されたステップブロック２２が固定され、その近傍にスタッドボルト２３が埋め込まれている。ステップブロック２２は底板２の周囲に沿って約３０個設けられている。スタッドボルト２３はステップクランプ２１の開口２４を貫通している。ステップブロック２２の係合部２２ａはステップクランプ２１の階段状の係合部２１ａと係合する。ステップクランプ２１の位置を構成部品８の高さに合わせて調整し、ステップクランプ２１の係合部２１ａをステップブロック２２の係合部２２ａに係合させる。この状態でスタッドボルト２３を締めることにより構成部品８が定盤１０とステップクランプ２１との間で押し付けられ、定盤１０に固定される。

この比較例の方法によれば、スタッドボルト２３の締め付け力で構成部品８が定盤１０に固定されるため、大きな押圧力を構成部品８に与えることができる。構成部品８が他の構成部品８に溶接によって接合される際に熱変形が生じても、構成部品８はステップクランプ２１に押さえられているため、組み立てられた構造体の残留変形を抑えることができる。しかし、比較例の固定装置１０９は、ステップクランプ２１と、ステップブロック２２と、スタッドボルト２３を必要とし、しかも、ステップクランプ２１による押圧、押圧の解除に多くの時間を要する。

これに対して上述の実施形態によれば、構造体１がボルト１４によって定盤１０に直接固定されるため、複雑な固定装置を必要としない。ボルト１４を締めるだけで構造体１が定盤１０に固定されるため作業が容易であり、高さの調整も不要である。簡易な構成のために固定装置のコストを抑えることもできる。さらに、構成部品８を固定する位置は自由に選択できるため、例えば大きな熱変形が予想される部位で構成部品８を固定することで、熱変形を効率的に抑制することができる。結果として高精度な構造体を容易に製造することができる。

また、比較例ではステップクランプ２１とステップブロック２２の設置位置が構造体の内部の配置によって制約されるため、所望の位置にステップクランプ２１とステップブロック２２を設置できない可能性がある。これに対して上述の実施形態では構造体の内部でも所望の位置で構成部品８を固定することができる。さらにトグルクランプと比較すると、各構成部品は定盤１０に直接ボルト１４で固定されるため、より強固に定盤１０に固定され、構成部品の溶接の際の熱変形に対してもボルト１４の締め付け力が維持される。

１ 構造体
８ 構成部品
９ 固定装置
１０ 定盤
１１ 貫通孔
１４ ボルト
２１ ネジ受け部

Claims (7)

1. 構造体の第１の構成部品と第２の構成部品を定盤の上に置く工程と、
   前記定盤の上に置かれた前記第１の構成部品と前記第２の構成部品を前記定盤に固定する工程と、
   前記定盤に固定された前記第１の構成部品と前記第２の構成部品とを加熱によって接合する工程と、を有し、
   前記第１の構成部品と第２の構成部品はそれぞれ貫通孔を有するとともに、前記定盤にはボルトが係合する複数の受け部がそれぞれの前記貫通孔に対応して形成されており、
   前記固定する工程においては、前記ボルトをそれぞれの前記貫通孔に通して前記定盤の前記受け部に係合させる、構造体の製造方法。
2. 前記接合する工程が済んだら、前記ボルトを前記受け部から取り外して、第１の構成部品と第２の構成部品とが接合された前記構造体を前記定盤から外す、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記固定する工程は、前記ボルトを締める前に前記第１の構成部品と前記第２の構成部品の少なくともいずれかを前記定盤の上に設けられた位置決め部材に接触させて位置決めさせる、請求項１または２に記載の製造方法。
4. 隣接する前記受け部の間隔はその最小値に対する最大値の比が２以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 隣接する前記受け部は４００ｍｍ以下の間隔で設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載の固定装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項の記載の製造方法で製造された構造体。
7. 構造体の第１の構成部品を第２の構成部品に加熱によって接合する際に用いられる固定装置であって、
   前記固定装置は前記第１の構成部品および第２の構成部品が置かれる定盤を有し、前記定盤には前記第１の構成部品および前記第２の構成部品に設けられた貫通孔のそれぞれを通るボルトが係合する、複数の受け部が設けられている、固定装置。

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